CN111731246B - 一种基于海拔自适应的空压机控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于海拔自适应的空压机控制系统及方法，包括整车控制器、大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器、辅助控制器、空压机；大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器分别与整车控制器连接；空压机通过辅助控制器与整车控制器连接；整车控制器接收大气压力传感器所检测大气压力、整车气压传感器所检测整车气压和干燥器卸荷传感器所检测干燥器卸荷信号，并根据大气压力、整车气压和干燥器卸荷信号调整空压机启停气压阈值、控制空压机启停状态和控制空压机功率运行状态。本发明采集车辆所处位置大气压力，根据实际外界大气压调整空压机运行状态和功率，实现空压机随海拔的自适应控制。

Description

一种基于海拔自适应的空压机控制系统及方法

技术领域

本发明涉及空压机领域，具体涉及一种基于海拔自适应的空压机控制系统及方法。

背景技术

随着新能源车辆的不断推广，电动空压机在纯电动车辆和增程式混动及其他类型车辆的应用也越来越多，商用车辆中的制动系统大部分使用气制动系统，而气制动系统内部气压大小和外部气压会影响干燥器和手刹的释放，而外部气压的影响因素主要为海拔；同时海拔还会对空压机的容积流量产生作用，导致随着海拔的升高，容积流量降低。但目前的空压机控制系统和控制技术主要存在以下几个缺陷：

（1）目前的空压机控制系统中没有配备对大气压力的采集设备和传感器，导致无法感知大气压力的变化。

（2）内外压差达到卸荷设定值时干燥器会卸荷，外部压力便是大气压力，与海拔有直接的关系，目前的控制系统没有考虑到海拔对卸荷的影响，卸荷的信号在空压机自适应启停控制中占据着重要的位置，因此可能会导致空压机无法停机，车辆的能耗会增加，导致使用和运营成本增加；空压机的长时间运转会致使过温和磨损加快的问题，既影响空压机的寿命，还增加了整车的维护成本，降低使用舒适度。

（3）目前空压机控制技术大多停留在启停的控制上，启动后便以额定功率运转，对于功率和效率自适应还没有太大的进展。车辆的工况比较复杂，仅仅是控制启停满足不了特殊工况下的需求。在海拔较高的地方，空压机容积流量下降，会导致气压上升速度下降，又或者是坡度较大且较长的情况下，频繁的刹车会让制动系统气压急速下降，车辆制动系统气压低便意味着制动系统随时有失效的风险，这会给车辆的行驶带来巨大的隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于海拔自适应的空压机控制系统及方法，采集车辆所处位置大气压力，根据实际外界大气压调整空压机运行状态和功率，实现空压机随海拔的自适应控制。

本发明的技术方案是：一种基于海拔自适应的空压机控制系统，包括整车控制器、大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器、辅助控制器、空压机；

大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器分别与整车控制器连接；空压机通过辅助控制器与整车控制器连接；

整车控制器接收大气压力传感器所检测大气压力、整车气压传感器所检测整车气压和干燥器卸荷传感器所检测干燥器卸荷信号，并根据大气压力、整车气压和干燥器卸荷信号调整空压机启停气压阈值、控制空压机启停状态和控制空压机功率运行状态。

进一步地，还包括采集空压机温度的温度传感器，温度传感器与整车控制器连接；当温度传感器检测空压机温度超出预设值时，整车控制器控制空压机停机。

进一步地，还包括仪表，仪表与整车控制器连接；当温度传感器检测空压机温度超出预设值时，整车控制器控制在仪表报警。

进一步地，还包括储能模块和配电模块；储能模块通过配电模块与辅助控制器连接，辅助控制器进行电压切换后给空压机供电。

本发明的技术方案还包括一种基于海拔自适应的空压机控制方法，包括以下步骤：

设置参数，包括：大气压临界值P1和P2，整车气压P的临界值Pw、Ps’和Ps”，整车气压下降速率临界值S1和S2，空压机启动压力设定值Pt1、Pt2和Pt3，空压机停机压力设定值Ps1和Ps2；其中P1<P2，Ps’>Ps”，S1>S2，Pt1<Pt2<Pt3,Ps1>Ps2；

实时检测车辆当前所处位置的大气压力Pn、整车气压P和干燥器卸荷信号；

计算和判断所检测大气压力Pn与0海拔下大气压力P0之间的差值△P；

当△P<=P1时，触发第一空压机控制模式，该第一空压机控制模式包括以下控制过程：

S101,当整车气压P<Pt1且干燥器未卸荷时，启动空压机，控制空压机以额定功率运行；

S102，当整车气压P>Ps1且干燥器卸荷时，关闭空压机；

当P1<△P<=P2时，触发第二空压机控制模式，该第二空压机控制模式包括以下控制过程：

S201，当整车气压P<Pt2且干燥器未卸荷时，启动空压机；

S202，空压机运行过程中，根据所检测整车气压P计算和判断整车气压下降速率S；

S203，当整车气压下降速率S<S1或整车气压P>Pw时，控制空压机以额定功率运转，否则控制空压机以大功率运转；

S204，当整车气压P>Ps2且干燥器卸荷时，关闭空压机；

当△P>P2时，触发第三空压机控制模式，该第三空压机控制模式包括以下控制过程：

S301，取消空压机停机压力设定值；

S302，当整车气压P<Pt3且干燥器未卸荷时，启动空压机；

S303，空压机启动后便控制空压机以大功率运行；

S304，当整车气压P>Ps’时，控制空压机降功率运行；

S305，降功率运行过程中，继续检测整车气压P并判断整车气压下降速率S；

S306，当整车气压P<Ps”或整车气压下降速率S>S2时，控制空压机切换回大功率运行，并返回步骤S304；否则检测到干燥器卸荷信号时，控制空压机停机。

进一步地，该方法还包括，

第一空压机控制模式下当整车气压P<Pt1时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机继续运行，并发出报警信号；

第二空压机控制模式下当整车气压P<Pt2时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机继续运行，并发出报警信号；

第三空压机控制模式下当整车气压P<Pt3时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机继续运行，并发出报警信号。

进一步地，空压机以大功率运行时，是指空压机运行于空压机电机效率特性曲线的最高点处。

进一步地，该方法还包括步骤：

实时检测空压机温度，当空压机温度超过预设温度值时，控制空压机停机，并发出报警信号。

本发明提供的一种基于海拔自适应的空压机控制系统及方法具有以下有益效果：

（1）可以避免因海拔变化时现有控制系统和控制技术所产生的无法停机的现象，消除因无法停机导致的高温、磨损和寿命降低问题，降低用户的维护成本；也避免因高温致使停机所带来的安全隐患；

（2）在不同海拔和特殊工况情况下，能够根据整车的用气量调节空压机的功率，即使在用气量增加的情况下维持整车的气压，以保证制动系统的效果；同时能够根据效率曲线实时调节空压机的运行功率，保证在高效区间运行，降低整车能耗。

附图说明

图1是本发明具体实施例一结构示意图；

图2是本发明具体实施例二方法流程示意图。

图中，1-整车控制器，2-干燥器卸荷传感器，3-大气压力传感器，4-温度传感器，5-仪表，6-整车气压传感器，7-空压机，8-辅助控制器，9-配电模块，10-储能模块。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种基于海拔自适应的空压机控制系统，包括整车控制器1、大气压力传感器3、整车气压传感器6、干燥器卸荷传感器2、辅助控制器8、空压机7。

大气压力传感器3检测车辆所处位置的大气压力；整车气压传感器6检测整车气压，需要说明的是，所检测整车气压是指车辆储气筒内的气压；干燥器卸荷传感器2检测干燥器卸荷信号。

大气压力传感器3、整车气压传感器6、干燥器卸荷传感器2分别与整车控制器1连接；空压机7通过辅助控制器8与整车控制器1连接。

整车控制器1接收大气压力传感器3所检测大气压力、整车气压传感器6所检测整车气压和干燥器卸荷传感器2所检测干燥器卸荷信号，并根据大气压力、整车气压和干燥器卸荷信号调整空压机7启停气压阈值、控制空压机7启停状态和控制空压机7功率运行状态。即本实施例的控制系统综合考虑大气压力、整车气压和干燥器卸荷信号，根据不同海拔下不同的大气压力值对空压机7的启停压力进行自适应控制，并根据不同海拔下不同的容积流量、车辆行驶过程中整车气压的变化率及整车气压值大小来对空压机7的功率控制进行自适应调节。

本控制系统还包括采集空压机7温度的温度传感器4，温度传感器4与整车控制器1连接；当温度传感器4检测空压机7温度超出预设值时，整车控制器1控制空压机7停机，可避免空压机7高温损坏。另外，整车控制器1还连接仪表5，温度传感器4检测空压机7温度超出预设值时，整车控制器1控制在仪表5报警。需要说明的是，整车气压传感器6所检测信号可通过仪表5采集传输至整车控制器1。

本实施例还包括储能模块10和配电模块9；储能模块10通过配电模块9与辅助控制器8连接，辅助控制器8进行电压切换后给空压机7供电。储能模块10为辅助控制器8提供直流电源，辅助控制器8为空压机7提供三相交流电源。

储能模块10、辅助控制器8、仪表5通过CAN线与整车控制器1进行信号通信。

实施例二

本实施例提供一种基于海拔自适应的空压机控制方法，由实施例一所述系统实施，包括空压机7启停的自适应控制和空压机7功率的自适应控制。其中空压机7启停的自适应控制，主要根据不同海拔下不同的大气压力值来对空压机7的启停压力值进行适应性的算法控制，同时还会结合不同海拔下空压机7的容积流量所带来的影响。空压机7功率的自适应控制，主要根据不同海拔下不同的容积流量、车辆行驶过程中整车气压的变化率及整车气压值大小来对空压机7的功率控制进行自适应调节，在功率能够满足整车的需求基础上结合电机和辅助控制器8的效率曲线进行进一步的细化控制，保证空压机7运行在最高效率区间。当然，空压机7启停的自适应控制和空压机7功率的自适应控制并非完全独立的，而是有着紧密的联系，相互嵌套，最后形成一套安全合理节能的控制方法。

随着海拔的升高，气压会逐渐降低，但是整车上的气压采集、卸荷控制气压及控制精度都会存在一定误差。为了让控制精度还能够符合车辆的实际特性，本方法确定两个调节大气压临界值P1和P2，这两个值为不同海拔下启停的自适应控制和功率的自适应控制提供了参考。

整车控制器1通过外部传感器采集大气压力值Pn，然后对大气压力值Pn和0海拔下的大气压P0进行对比，计算出差值△P；通过△P与P1和P2进行比较进入不同的控制模式，同时还会根据△P的值来调整空压机7启停压力设定值大小，从而实现基于海拔变化下的自适应控制。

如图2所示，具体的，本方法包括以下步骤。

S1，设置参数；

预先设置各数值参数，提供判断调节。所设置参数包括：大气压临界值P1和P2，整车气压P的临界值Pw、Ps’和Ps”，整车气压下降速率临界值S1和S2，空压机启动压力设定值Pt1、Pt2和Pt3，空压机停机压力设定值Ps1和Ps2；其中P1<P2，Ps’>Ps”，S1>S2，Pt1<Pt2<Pt3,Ps1>Ps2。

S2，实时检测车辆当前所处位置的大气压力Pn、整车气压P和干燥器卸荷信号；

S3，计算和判断所检测大气压力Pn与0海拔下大气压力P0之间的差值△P；

S4，当△P<=P1时，触发第一空压机控制模式；当P1<△P<=P2时，触发第二空压机控制模式；当△P>P2时，触发第三空压机控制模式。

以下对各控制模式进行说明。

（一）当△P<=P1时，以第一空压机控制模式运行。

此时，车辆所处海拔较低，以传统运行方式控制运行即可。空压机启动压力设定值为Pt1，空压机停机压力设定值为Ps1。

该控制模式下，具体包括以下控制过程：

S101,当整车气压P<Pt1且干燥器未卸荷时，启动空压机7，控制空压机7以额定功率运行；

S102，当整车气压P>Ps1且干燥器卸荷时，关闭空压机7。

（二）当P1<△P<=P2时，以第二空压机控制模式运行。

此时，车辆所处海拔已较高，大气压力值的变化已经超出了传统控制设定值的范围，因此对空压机7启停设定值进行重新设定为Pt2和Ps2。因为海拔的升高，导致空压机7的容积流量变小，对于启动值的设定需要相应提高（即Pt2>Pt1），保证整车气压维持在高气压状态，确保制动效果的稳定；而因为外界大气压下降，空压机停机压力设定值则需要下调（即Ps2<Ps1），以确保停机的压力小于实际卸荷压力，否则空压机7将无法停机。该阶段由于同样功率下容积流量的减少，造成了整车气压上升的速度减慢，该阶段会计算整车气压的下降速率S，下降速率较小时，司机对于制动的需求较低，控制空压机7以额定功率运转即可；但当下降速率S较大时，司机对制动的需求较高，需要快速提升整车气压保证制动性能，此时整车控制会提高空压机7的功率，保证气压能够快速上升。

具体的，第二空压机控制模式包括以下控制过程：

S201，当整车气压P<Pt2且干燥器未卸荷时，启动空压机7；

S202，空压机7运行过程中，根据所检测整车气压P计算和判断整车气压下降速率S；

S203，当整车气压下降速率S<S1或整车气压P>Pw时，控制空压机7以额定功率运转，否则控制空压机7以大功率运转；

S204，当整车气压P>Ps2且干燥器卸荷时，关闭空压机7。

（三）当△P>P2时，以第三空压机控制模式运行。

此时，车辆处于更高海拔，空压机7启停压力设定值已经较为接近，容量流量也出现明显下降。需要将空压机启动压力设定值调至更高，即重新设置空压机启动压力值Pt3（Pt3>Pt2），同时空压机7启动后便以大功率运行，保证气压的快速建立，同时取消空压机停机压力设定值，设置功率限制点，当整车气压P高于预设值Ps’时，便控制空压机7进行降功率运行，此时整车气压P并未到达干燥器卸荷点；当干燥器卸荷后，控制空压机7关闭。在运行过程中，整车气压P下降时，比第二空压机7控制模式增设高低功率切换点，当整车气压P低于预设值Ps”时或整车气压下降速率大于预设值S2时，控制空压机7进行高功率运行。

具体的，第三空压机控制模式包括以下控制过程：

S301，取消空压机停机压力设定值；

S302，当整车气压P<Pt3且干燥器未卸荷时，启动空压机7；

S303，空压机7启动后便控制空压机7以大功率运行；

S304，当整车气压P>Ps’时，控制空压机7降功率运行；

S305，降功率运行过程中，继续检测整车气压P并判断整车气压下降速率S；

S306，当整车气压P<Ps”或整车气压下降速率S>S2时，控制空压机7切换回大功率运行，并返回步骤S304；否则检测到干燥器卸荷信号时，控制空压机7停机。

在上述第二和第三空压机7控制模式中，空压机7以大功率运行时，是指空压机7运行于空压机7电机效率特性曲线的最高点处，确保空压机7能够高效率运行。

需要说明的是，当整车气压P较低时，干燥器卸荷信号给入，则判断为故障状态，此时控制空压机7不再停机，保证故障状态下气压的建立；同时在仪表5进行报警，提示司机进行检查。即，

第一空压机控制模式下当整车气压P<Pt1时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机7继续运行，并发出报警信号；

第二空压机控制模式下当整车气压P<Pt2时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机7继续运行，并发出报警信号；

第三空压机控制模式下当整车气压P<Pt3时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机7继续运行，并发出报警信号。

另外，本方法中还实时检测空压机7温度，当空压机7温度超过预设温度值时，控制空压机7停机，并发出报警信号。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于海拔自适应的空压机控制系统，其特征在于，包括整车控制器、大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器、辅助控制器、空压机；大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器分别与整车控制器连接；空压机通过辅助控制器与整车控制器连接；

整车控制器接收大气压力传感器所检测大气压力、整车气压传感器所检测整车气压和干燥器卸荷传感器所检测干燥器卸荷信号，并根据大气压力、整车气压和干燥器卸荷信号调整空压机启停气压阈值、控制空压机启停状态和控制空压机功率运行状态；

该空压机控制系统被配置为执行空压机控制方法，所述空压机控制方法包括以下步骤：

设置参数，包括：大气压临界值P1和P2，整车气压P的临界值Pw、Ps’和Ps”，整车气压下降速率临界值S1和S2，空压机启动压力设定值Pt1、Pt2和Pt3，空压机停机压力设定值Ps1和Ps2；其中P1<P2，Ps’>Ps”，S1>S2，Pt1<Pt2<Pt3,Ps1>Ps2；

实时检测车辆当前所处位置的大气压力Pn、整车气压P和干燥器卸荷信号；

计算和判断所检测大气压力Pn与0海拔下大气压力P0之间的差值△P；

当△P<＝P1时，触发第一空压机控制模式，该第一空压机控制模式包括以下控制过程：

S101,当整车气压P<Pt1且干燥器未卸荷时，启动空压机，控制空压机以额定功率运行；

S102，当整车气压P>Ps1且干燥器卸荷时，关闭空压机；

当P1<△P<＝P2时，触发第二空压机控制模式，该第二空压机控制模式包括以下控制过程：

S201，当整车气压P<Pt2且干燥器未卸荷时，启动空压机；

S202，空压机运行过程中，根据所检测整车气压P计算和判断整车气压下降速率S；

S203，当整车气压下降速率S<S1或整车气压P>Pw时，控制空压机以额定功率运转，否则控制空压机以大功率运转；

S204，当整车气压P>Ps2且干燥器卸荷时，关闭空压机；

当△P>P2时，触发第三空压机控制模式，该第三空压机控制模式包括以下控制过程：

S301，取消空压机停机压力设定值；

S302，当整车气压P<Pt3且干燥器未卸荷时，启动空压机；

S303，空压机启动后便控制空压机以大功率运行；

S304，当整车气压P>Ps’时，控制空压机降功率运行；

S305，降功率运行过程中，继续检测整车气压P并判断整车气压下降速率S；

S306，当整车气压P<Ps”或整车气压下降速率S>S2时，控制空压机切换回大功率运行，并返回步骤S304；否则检测到干燥器卸荷信号时，控制空压机停机；

所述空压机以大功率运行时，是指空压机运行于空压机电机效率特性曲线的最高点处。

2.根据权利要求1所述的基于海拔自适应的空压机控制系统，其特征在于，还包括采集空压机温度的温度传感器，温度传感器与整车控制器连接；当温度传感器检测空压机温度超出预设值时，整车控制器控制空压机停机。

3.根据权利要求2所述的基于海拔自适应的空压机控制系统，其特征在于，还包括仪表，仪表与整车控制器连接；当温度传感器检测空压机温度超出预设值时，整车控制器控制在仪表报警。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于海拔自适应的空压机控制系统，其特征在于，还包括储能模块和配电模块；储能模块通过配电模块与辅助控制器连接，辅助控制器进行电压切换后给空压机供电。

5.一种基于海拔自适应的空压机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置参数，包括：大气压临界值P1和P2，整车气压P的临界值Pw、Ps’和

Ps”，整车气压下降速率临界值S1和S2，空压机启动压力设定值Pt1、Pt2和Pt3，空压机停机压力设定值Ps1和Ps2；其中P1<P2，Ps’>Ps”，S1>S2，

Pt1<Pt2<Pt3,Ps1>Ps2；

依次通过大气压力传感器、整车气压传感器以及干燥器卸荷传感器实时检测车辆当前所处位置的大气压力Pn、整车气压P和干燥器卸荷信号；其中，大气压力传感器、整车气压传感器、干燥器卸荷传感器分别与整车控制器连接；

空压机通过辅助控制器与整车控制器连接；

整车控制器接收大气压力传感器所检测大气压力、整车气压传感器所检测整车气压和干燥器卸荷传感器所检测干燥器卸荷信号：

计算和判断所检测大气压力Pn与0海拔下大气压力P0之间的差值△P；

当△P<＝P1时，触发第一空压机控制模式，该第一空压机控制模式包括以下控制过程：

S101,当整车气压P<Pt1且干燥器未卸荷时，启动空压机，控制空压机以额定功率运行；

S102，当整车气压P>Ps1且干燥器卸荷时，关闭空压机；

当P1<△P<＝P2时，触发第二空压机控制模式，该第二空压机控制模式包括以下控制过程：

S201，当整车气压P<Pt2且干燥器未卸荷时，启动空压机；

S202，空压机运行过程中，根据所检测整车气压P计算和判断整车气压下降速率S；

S203，当整车气压下降速率S<S1或整车气压P>Pw时，控制空压机以额定功率运转，否则控制空压机以大功率运转；

S204，当整车气压P>Ps2且干燥器卸荷时，关闭空压机；

当△P>P2时，触发第三空压机控制模式，该第三空压机控制模式包括以下控制过程：

S301，取消空压机停机压力设定值；

S302，当整车气压P<Pt3且干燥器未卸荷时，启动空压机；

S303，空压机启动后便控制空压机以大功率运行；

S304，当整车气压P>Ps’时，控制空压机降功率运行；

S305，降功率运行过程中，继续检测整车气压P并判断整车气压下降速率S；

S306，当整车气压P<Ps”或整车气压下降速率S>S2时，控制空压机切换回大功率运行，并返回步骤S304；否则检测到干燥器卸荷信号时，控制空压机停机；

所述空压机以大功率运行时，是指空压机运行于空压机电机效率特性曲线的最高点处。

6.根据权利要求5所述的基于海拔自适应的空压机控制方法，其特征在于，该方法还包括，

第一空压机控制模式下当整车气压P<Pt1时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机继续运行，并发出报警信号；

第二空压机控制模式下当整车气压P<Pt2时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机继续运行，并发出报警信号；

第三空压机控制模式下当整车气压P<Pt3时，若检测到干燥器卸荷信号，则控制空压机继续运行，并发出报警信号。

7.根据权利要求5或6所述的基于海拔自适应的空压机控制方法，其特征在于，该方法还包括步骤：

实时检测空压机温度，当空压机温度超过预设温度值时，控制空压机停机，并发出报警信号。

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